JP6722609B2

JP6722609B2 - Laser processing equipment

Info

Publication number: JP6722609B2
Application number: JP2017039968A
Authority: JP
Inventors: 明宏辻; 聡一上野; 内藤　達也; 達也内藤
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2017-03-03
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2020-07-15
Anticipated expiration: 2037-03-03
Also published as: JP2018144061A

Description

本発明の実施形態は、レーザ加工装置に係り、特にレーザピーニングに好適な技術に関する。
Implementation form of the present invention relates to a laser processing equipment, and more particularly to technology suitable for laser peening.

原子力プラントなどの溶接部に残留している引張応力に起因した応力腐食割れへの対策として、レーザピーニングによる表面改質技術が知られている。 A surface modification technique by laser peening is known as a measure against stress corrosion cracking caused by tensile stress remaining in a welded portion of a nuclear power plant or the like.

レーザピーニングの施工のためにはレーザ光の照射点が液体に覆われる必要がある。このため、例えば加圧水型原子炉圧力容器上蓋など、レーザピーニングの施工対象となる箇所が気中となる場合には、施工対象に照射するレーザ光と同軸状に液体を噴出させる気中レーザピーニングの技術が提案されている。 In order to perform laser peening, it is necessary that the irradiation point of laser light be covered with a liquid. For this reason, for example, when the location of the laser peening construction target is in the air, such as the pressurized water reactor pressure vessel top lid, the aerial laser peening of ejecting the liquid coaxially with the laser light to irradiate the construction target Technology is proposed.

レーザピーニングを施工する際に照射するレーザ光の散乱を防ぐため、レーザ光の照射点に存在する液体については流れの乱れがなく、また気泡などが含まれないことが好ましい。レーザ光と同軸状に液体を噴出させるなど、気中の施工対象箇所に対してレーザ光を透過させる液体を噴流として噴出させて気中レーザピーニングを施工しようとする場合、安定したレーザピーニングの施工のためには、噴流の内部のレーザ光が透過する領域（ポテンシャルコア）の流れを、乱れが小さく気泡を含まないような状態に維持することが重要となる。 In order to prevent the scattering of the laser light applied when performing the laser peening, it is preferable that the liquid existing at the irradiation point of the laser light has no flow disturbance and does not contain bubbles. Stable laser peening should be performed when aerial laser peening is to be performed by ejecting a liquid that transmits laser light as a jet to the target location in the air, such as ejecting a liquid coaxially with the laser light. For this purpose, it is important to maintain the flow in the region (potential core) through which the laser light penetrates inside the jet flow in a state where turbulence is small and bubbles are not included.

特開平８−２０６８６９号公報JP-A-8-206869 特開２００６−１３７９９８号公報JP, 2006-137998, A

しかしながら、気中の施工対象箇所にレーザ光を透過させる液体を噴流として噴出させてレーザピーニングを施工しようとする場合、レーザピーニングの施工中、施工対象箇所に衝突した噴流が飛び散った液滴や、この液滴が施工対象箇所近傍の構造物などを伝わった液滴などがレーザ光を透過させている噴流に干渉する虞がある。これらの液滴などが噴流に干渉すると、噴流内部の流れが乱れて一時的にポテンシャルコアが縮小あるいは消失し、レーザ光の散乱が生じてその伝送が不安定化するという課題がある。 However, when attempting to perform laser peening by ejecting a liquid that transmits laser light as a jet flow to a construction target site in the air, during the execution of laser peening, a jet droplet that collided with the construction target site was scattered, There is a possibility that the droplets that have propagated through the structure or the like in the vicinity of the target site may interfere with the jet stream that transmits the laser light. When these droplets and the like interfere with the jet flow, the flow inside the jet flow is disturbed, the potential core is temporarily reduced or disappears, and there is a problem that the laser light is scattered and its transmission becomes unstable.

本発明の実施形態は上述の課題を解決するためになされたもので、例えば気中レーザピ
ーニングなど、レーザ光を透過させる液体を噴流として噴出させてレーザ光による各種加
工を施工するに際し、噴流が施工対象箇所に衝突して生じた液滴が噴流に干渉することに
よってレーザ光の伝送が不安定化することを防ぎ、気中環境での安定的なレーザ加工の施
工を可能とするレーザ加工装置を提供することをその目的とする。
The embodiment of the present invention is made to solve the above-mentioned problems, for example, when performing various processing by laser light by jetting a liquid that transmits laser light as a jet, such as in-air laser peening, the jet is Laser processing equipment that prevents laser light transmission from becoming unstable due to droplets that collide with the target site and interferes with the jet flow, and enables stable laser processing in an aerial environment. The purpose is to provide a storage device.

上記課題を解決するために、本発明の実施形態にかかるレーザ加工装置は、施工対象箇所に照射するレーザ光を発振するレーザ発振器と、前記施工対象箇所における前記レーザ光の照射点を液体で覆うように前記施工対象箇所に向けて前記液体を噴流として噴出する噴流ノズルと、噴流ノズルと前記施工対象箇所の間に前記噴流の噴射方向に延びるように配置されて前記噴流の少なくとも一部を覆い、かつ、前記噴流が前記施工対象箇所に衝突して生じる飛散液体の前記噴流への干渉を防ぐ保護カバーと、を備えるレーザ加工装置であって、前記保護カバーに軸方向に間隔をあけて複数設けられ、前記レーザ光による光の輝度を検出する光センサをさらに備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the laser processing apparatus according to the embodiment of the present invention covers a laser oscillator that oscillates a laser beam to be applied to a construction target site, and a liquid irradiation point of the laser beam at the construction target site. A jet nozzle that ejects the liquid as a jet toward the construction target portion, and is arranged between the jet nozzle and the construction target portion so as to extend in the jet direction of the jet flow and covers at least a part of the jet flow. A laser processing apparatus comprising: a protective cover that prevents the jet flow from interfering with the jet flow of the sprayed liquid generated when the jet flow collides with the target location, and a plurality of laser covers are provided in the protective cover at intervals in the axial direction. It is characterized by further comprising an optical sensor which is provided and detects the brightness of the light of the laser light .

本発明の実施形態によれば、例えば気中レーザピーニングなど、レーザ光を透過させる液体を噴流として噴出させて気中環境で行なう各種のレーザ加工において、安定的な施工が可能となる。 According to the embodiments of the present invention, stable construction is possible in various laser processings performed in an aerial environment by ejecting a liquid that transmits laser light as a jet flow, such as in-air laser peening.

第１実施形態にかかるレーザ加工装置の模式構造図。The schematic structure figure of the laser processing apparatus concerning 1st Embodiment. 第１実施形態にかかるレーザ加工装置の第１変形例を示す構成図。The block diagram which shows the 1st modification of the laser processing apparatus concerning 1st Embodiment. 第１実施形態にかかるレーザ加工装置の第２変形例を示す構成図、（ａ）はその側面図、（ｂ）は正面図。The block diagram which shows the 2nd modification of the laser processing apparatus concerning 1st Embodiment, (a) is the side view, (b) is a front view. 第１実施形態にかかるレーザ加工装置の第３変形例を示す構成図。The block diagram which shows the 3rd modification of the laser processing apparatus concerning 1st Embodiment. レーザ光によって生じる光の輝度の分布を示すグラフ。The graph which shows the distribution of the brightness|luminance of the light produced by a laser beam.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は第１の実施形態にかかるレーザ加工装置の模式構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to the first embodiment.

図１に示すように、実施形態にかかるレーザ加工装置１００は、レーザ発振器１、レーザ光伝送装置２および噴流ノズル３を備え、施工対象４の施工対象箇所にレーザ発振器１で発振したレーザ加工のためのレーザ光１０を照射するとともに、噴流ノズル３から施工対象箇所に向けて噴流１１を噴出させるよう構成されている。 As shown in FIG. 1, a laser processing apparatus 100 according to an embodiment includes a laser oscillator 1, a laser light transmission device 2, and a jet nozzle 3, and a laser processing device that oscillates with a laser oscillator 1 at a construction target portion of a construction target 4. The laser beam 10 for the purpose is emitted and the jet 11 is jetted from the jet nozzle 3 toward the construction target site.

レーザ発振器１は、レーザ加工のためのレーザ光１０を発振するための構成である。発振するレーザ光１０は、レーザ加工の目的に応じた波長を有するパルスレーザあるいは連続光レーザである。なお、レーザ加工がレーザピーニングである場合、レーザ光１０は例えばＮｄ：ＹＡＧレーザによる、波長１０６４ｎｍまたは５３２ｎｍ、パルス幅が数ｎｓ〜数十ｎｓのパルスレーザなどとすることが好ましい。 The laser oscillator 1 is configured to oscillate a laser beam 10 for laser processing. The oscillating laser light 10 is a pulse laser or a continuous light laser having a wavelength according to the purpose of laser processing. When the laser processing is laser peening, it is preferable that the laser light 10 is, for example, an Nd:YAG laser having a wavelength of 1064 nm or 532 nm and a pulse width of several ns to several tens of ns.

レーザ光伝送装置２は、レーザ発振器１が発振したレーザ光１０を施工対象４に導くため光学伝送系であり、ミラーやプリズム、レンズなどの各種光学素子を空間中に配置して構成される。本実施形態において、レーザ光伝送装置２は、それぞれレーザ光１０を反射させる２つのミラー２ａおよび２ｂ、およびこれらのミラー２ａおよび２ｂで反射したレーザ光１０を収束させるためのレンズ２ｃから構成されている。レンズ２ｃを、収束させるレーザ光１０の光軸に関する軸方向に移動可能に配置することにより、レーザ光１０の収束する焦点の位置を変更できるように構成することも可能である。レーザ光伝送装置２は、出射するレーザ光が施工対象４の施工対象箇所に導かれるように配置される。 The laser light transmission device 2 is an optical transmission system for guiding the laser light 10 oscillated by the laser oscillator 1 to the construction target 4, and is configured by arranging various optical elements such as mirrors, prisms, and lenses in space. In the present embodiment, the laser light transmission device 2 includes two mirrors 2a and 2b that respectively reflect the laser light 10, and a lens 2c that converges the laser light 10 reflected by these mirrors 2a and 2b. There is. By arranging the lens 2c so as to be movable in the axial direction with respect to the optical axis of the laser beam 10 to be converged, it is possible to change the position of the focal point of the laser beam 10 to be converged. The laser light transmission device 2 is arranged so that the emitted laser light is guided to the construction target portion of the construction target 4.

噴流ノズル３は、施工対象４の施工対象箇所におけるレーザ光１０の照射点を液体で覆うように施工対象箇所に向けて液体を噴流１１として噴出させるよう構成される。本実施形態における噴流ノズル３は、噴流を噴射する噴射口３ａ、噴射口３ａから噴流として噴射される液体を供給する供給配管３ｂ、およびレーザ光を噴流と同軸に照射するための透過窓３ｃを備える。 The jet nozzle 3 is configured to eject the liquid as a jet 11 toward the construction target site so that the irradiation point of the laser light 10 on the construction target site of the construction target 4 is covered with the liquid. The jet nozzle 3 in the present embodiment has a jet port 3a for jetting a jet, a supply pipe 3b for supplying a liquid jetted as a jet from the jet 3a, and a transmission window 3c for irradiating laser light coaxially with the jet. Prepare

すなわち、本実施形態においては、噴流ノズル３の噴射口３ａの中心軸（すなわち、噴射口３ａから噴射される噴流の中心軸）と同軸に透過窓３ｃが配置される。透過窓３ｃは、その表面（両面）が噴射口３ａの中心軸に垂直となるように配置され、レーザ光伝送装置２を出射してレーザ光が透過窓３ｃの表面に垂直に入射するように構成される。なお、レーザ光伝送装置２と噴流ノズル３とを一体的な構成としても構わない。この場合でも、噴流ノズル３の透過窓３ｃにレーザ光伝送装置２から出射するレーザ光１０が入射するように構成される。 That is, in the present embodiment, the transmission window 3c is arranged coaxially with the central axis of the jet port 3a of the jet nozzle 3 (that is, the central axis of the jet jetted from the jet port 3a). The transmission window 3c is arranged so that its surface (both sides) is perpendicular to the central axis of the jet port 3a, and the laser light is emitted from the laser light transmission device 2 so that the laser light is incident perpendicularly on the surface of the transmission window 3c. Composed. The laser light transmission device 2 and the jet nozzle 3 may be integrated. Even in this case, the laser light 10 emitted from the laser light transmission device 2 is configured to enter the transmission window 3c of the jet nozzle 3.

噴流ノズル３には、噴射口３ａに液体供給源６からの液体を供給する供給配管３ｂが、噴射口３ａの中心軸に対して角度を有するように設けられており、特に本実施形態では、供給配管３ｂの中心軸は噴出口３ａの中心軸と直交している。すなわち、供給配管３ｂは、噴流の中心軸となる噴射口３ａの中心軸に対する径方向に延びるように噴流ノズル３に設けられている。換言すると、噴流ノズル３は、供給される液体が噴射口３ａの中心軸に対する径方向外側から径方向内側（すなわち噴射口３ａの中心軸に沿う中心部）に向かって供給され、噴流ノズル３の中心部において供給された液体の流れの方向が噴射口３ａの中心軸方向に変えられる。噴流ノズル３の中心部にて噴射口３ａの中心軸方向に流れの向きが変わった液体は、噴出口３ａから噴流１１として施工対象箇所に向かって噴出するように構成される。なお、本実施形態においては、供給配管３ｂの中心軸を噴出口３ａの中心軸に直交するように構成したが、供給配管３ｂを、その中心軸が噴出口３ａの中心軸に対して噴出口３ａの中心軸を含む平面内において予め定めた角度を有するように配置してもよい。この場合、供給配管３ｂの中心軸の向きが噴出口３ａの上流側となるように傾けて配置することが好ましい。 The jet nozzle 3 is provided with a supply pipe 3b for supplying the liquid from the liquid supply source 6 to the jet port 3a so as to have an angle with respect to the central axis of the jet port 3a. In particular, in the present embodiment, The central axis of the supply pipe 3b is orthogonal to the central axis of the ejection port 3a. That is, the supply pipe 3b is provided in the jet nozzle 3 so as to extend in the radial direction with respect to the central axis of the jet port 3a which is the central axis of the jet. In other words, the liquid to be supplied to the jet nozzle 3 is supplied from the radially outer side with respect to the central axis of the jet port 3a toward the radially inner side (that is, the central portion along the central axis of the jet port 3a). The direction of the flow of the liquid supplied in the central portion is changed to the central axis direction of the ejection port 3a. The liquid whose flow direction is changed in the central axis direction of the jet nozzle 3a at the center of the jet nozzle 3 is configured to jet from the jet outlet 3a as a jet 11 toward the target site. In the present embodiment, the central axis of the supply pipe 3b is configured to be orthogonal to the central axis of the ejection port 3a. However, the central axis of the supply pipe 3b is the ejection port with respect to the central axis of the ejection port 3a. You may arrange|position so that it may have a predetermined angle in the plane containing the central axis of 3a. In this case, it is preferable to dispose the supply pipe 3b so that the direction of the central axis of the supply pipe 3b is on the upstream side of the ejection port 3a.

噴流ノズル３の透過窓３ｃは、噴流ノズル３の供給配管３ｂの接続部近傍の噴射口３ａに対向する位置に、上述のように噴射口３ａの中心軸と同軸に設けられる。透過窓３ｃの表面と噴流ノズル３の本体との間にはそれぞれＯリング３ｄが取り付けられ、透過窓３ｃのＯリング３ｄが取り付けられる反対側面の外側には押さえリング３ｅが取り付けられる。このように透過窓３ｃを、押さえリング３ｅでＯリング３ｄを押さえ付けるように噴流ノズル３の本体に取り付けることで、供給配管３ｂから噴射口３ｃの中心軸に沿う噴流ノズル中心部に供給される液体が透過窓３ｃと噴流ノズル３の本体との隙間から流出しないよう液密に構成される。なお、レーザ光伝送装置２のレンズ２ｃから透過窓３ｃに入射するときのレーザ光１０の径は、噴流ノズル３の噴射口３ａの径以下となっている。レーザ光伝送装置２、透過窓３ｃに入射するレーザ光１０の径が噴射口３ａの径よりも十分に小さくなるような位置に配置されることが好ましい。本実施形態においては、このようにしてレーザ光伝送装置２からのレーザ光１０を透過窓３ｃを介して噴射口３ａから噴射する噴流と同軸に入射させることができ、したがって施工対象４の施工対象箇所において、レーザ光１０の照射点が噴流１１による液体に覆われるよう構成している。 The transparent window 3c of the jet nozzle 3 is provided at a position facing the jet port 3a in the vicinity of the connection portion of the supply pipe 3b of the jet nozzle 3 and coaxially with the central axis of the jet port 3a as described above. An O-ring 3d is attached between the surface of the transmission window 3c and the main body of the jet nozzle 3, and a holding ring 3e is attached to the outside of the opposite side of the transmission window 3c on which the O-ring 3d is attached. In this way, the transmission window 3c is attached to the main body of the jet nozzle 3 so as to press the O-ring 3d with the pressing ring 3e, so that the supply pipe 3b supplies the central portion of the jet nozzle along the central axis of the jet port 3c. The liquid is configured to be liquid-tight so that the liquid does not flow out from the gap between the transmission window 3c and the main body of the jet nozzle 3. The diameter of the laser light 10 when entering the transmission window 3c from the lens 2c of the laser light transmission device 2 is equal to or smaller than the diameter of the jet port 3a of the jet nozzle 3. It is preferable that the laser light transmission device 2 and the transmission window 3c are arranged at a position such that the diameter of the laser light 10 incident on the transmission window 3c is sufficiently smaller than the diameter of the ejection port 3a. In the present embodiment, the laser light 10 from the laser light transmission device 2 can thus be made to enter coaxially with the jet flow ejected from the ejection port 3a through the transmission window 3c, and therefore the construction object of the construction object 4 At the point, the irradiation point of the laser beam 10 is configured to be covered with the liquid by the jet flow 11.

さらに、本実施形態にかかるレーザ加工装置１００は、噴流ノズル３と施工対象４の施工対象箇所の間に配置される保護カバー５を備えている。保護カバー５は、噴流１１の噴射方向（すなわち、噴流ノズル３の噴射口３ａや噴流１１の軸方向）に延びる筒状部材などとして構成され、噴流１１の少なくとも一部を外側から覆う形状となっており、噴流ノズル３の噴射口３ａから噴出した噴流１１が施工対象４に衝突して生じる飛散液体が噴流１１（またはレーザ光１０）へ干渉することを防ぐよう構成されている。なお、保護カバー５を円筒などの筒状部材として構成する場合、たとえば噴流１１の下部など、施工対象４に衝突した噴流１１による飛散液体がレーザ光１０や噴流１１に干渉する可能性の少ない周方向の一部分については開口させても構わない。また、保護カバー５は噴流１１の少なくとも一部だけでなくレーザ光１０の少なくとも一部も同時に外側から覆うように構成されることが好ましい。 Furthermore, the laser processing apparatus 100 according to the present embodiment includes the protective cover 5 arranged between the jet nozzle 3 and the construction target portion of the construction target 4. The protective cover 5 is configured as a cylindrical member that extends in the jet direction of the jet 11 (that is, the jet port 3a of the jet nozzle 3 and the axial direction of the jet 11) and has a shape that covers at least a part of the jet 11 from the outside. Therefore, the jet liquid 11 ejected from the jet nozzle 3a of the jet nozzle 3 is configured to prevent the scattered liquid generated when the jet liquid 11 collides with the construction target 4 from interfering with the jet flow 11 (or the laser beam 10). When the protective cover 5 is configured as a cylindrical member such as a cylinder, for example, in the lower part of the jet 11 or the like, there is little possibility that the liquid scattered by the jet 11 that collides with the construction target 4 interferes with the laser light 10 or the jet 11. A part of the direction may be opened. Further, it is preferable that the protective cover 5 is configured to simultaneously cover not only at least a part of the jet flow 11 but also at least a part of the laser light 10 from the outside.

保護カバー５は、噴流ノズル３側の噴流ノズル側端部５ａが噴流ノズル３の噴射口３の外側に取り付けられて設けられており、噴流ノズル３により支持される。保護カバー５の施工対象４側の施工対象側端部５ｂは施工対象４の表面に接しないよう、レーザ伝送装置２のレンズ２ｃにより収束させるレーザ光１０の焦点よりも噴射口３側に位置するように配置される。施工対象４の施工対象箇所と保護カバー５の施工対象側端部５ｂとの軸方向距離は、噴流１１の流量や流速、また施工対象４の表面粗さなどの表面性状に応じて予め設定した範囲内になるようにすることが好ましい。 The protective cover 5 is provided such that the jet nozzle 3 side end portion 5 a on the jet nozzle 3 side is attached to the outside of the jet port 3 of the jet nozzle 3, and is supported by the jet nozzle 3. The target side end 5b of the protective cover 5 on the target 4 side is located closer to the injection port 3 side than the focus of the laser light 10 converged by the lens 2c of the laser transmission device 2 so as not to contact the surface of the target 4 to be processed. Is arranged as. The axial distance between the construction target portion of the construction target 4 and the construction target side end portion 5b of the protective cover 5 is preset according to the flow rate and flow velocity of the jet flow 11 and the surface texture such as the surface roughness of the construction target 4. It is preferable to set it within the range.

このように構成された本実施形態のレーザ加工装置１００の作用、および本実施形態にかかるレーザ加工方法について以下に説明する。 The operation of the laser processing apparatus 100 of the present embodiment configured as described above and the laser processing method according to the present embodiment will be described below.

本実施形態にかかるレーザ加工方法は、レーザ光を発振するレーザ光発振ステップと、発振したレーザ光を施工対象箇所に照射するステップと、レーザ光の照射点を覆う液体を施工対象箇所に向けて噴流１１として噴出させる噴流噴出ステップと、噴流１１が施工対象箇所に衝突して生じる飛散液体の噴流１１（またはレーザ光１０）への干渉を防ぐ防護ステップと、を備える。 The laser processing method according to the present embodiment is a laser light oscillating step of oscillating a laser beam, a step of irradiating the oscillated laser light to the target site for construction, and a liquid covering the irradiation point of the laser light toward the target site for construction. A jet ejecting step of ejecting as the jet 11 and a protection step of preventing interference of the splashed liquid generated by the jet 11 colliding with the construction target site with the jet 11 (or the laser beam 10) are provided.

レーザ光発振ステップにおいては、レーザ加工装置１００のレーザ発振器１によりレーザ光１０を発振する。レーザ加工がレーザピーニングである場合、上述のように、レーザ光１０を、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザによる、波長１０６４ｎｍまたは５３２ｎｍ、パルス幅が数ｎｓ〜数十ｎｓのパルスレーザなどとすることが好ましい。 In the laser light oscillation step, the laser light 10 is oscillated by the laser oscillator 1 of the laser processing apparatus 100. When the laser processing is laser peening, as described above, it is preferable that the laser light 10 is, for example, a pulse laser with a wavelength of 1064 nm or 532 nm and a pulse width of several ns to several tens of ns by an Nd:YAG laser.

照射ステップにおいては、レーザ光発振ステップで発振したレーザ光１０をレーザ光伝送装置２内に照射し、ミラー２ａおよび２ｂで反射させた後にレンズ２ｃに導き、レンズ２ｃを通過して収束していくレーザ光１０を、噴流ノズル３の透過窓３ｃと噴流ノズル３の噴射口３ａを介して施工対象４の施工対象箇所に照射する。 In the irradiation step, the laser light 10 oscillated in the laser light oscillation step is irradiated into the laser light transmission device 2, reflected by the mirrors 2a and 2b, guided to the lens 2c, and passed through the lens 2c to be converged. The laser beam 10 is applied to the construction target portion of the construction target 4 through the transmission window 3c of the jet nozzle 3 and the jet port 3a of the jet nozzle 3.

噴流噴出ステップにおいては、噴流ノズル３の液体供給配管３ｂを介して、噴流ノズル３の外側から噴流ノズル３の噴射口３ａの中心軸に沿う中心部に液体を供給する。噴流ノズル３の中心部に供給された液体はその流れの方向を噴射口３ａの中心軸方向に変えられ、噴出口３ａから噴流１１として施工対象箇所に向かって噴出し、施工対象４の施工対象箇所であるレーザ光１０の照射点を液体で覆う。 In the jet jetting step, liquid is supplied from the outside of the jet nozzle 3 to the central portion along the central axis of the jet port 3a of the jet nozzle 3 via the liquid supply pipe 3b of the jet nozzle 3. The liquid supplied to the central portion of the jet nozzle 3 has its flow direction changed to the central axis direction of the jet port 3a, and is jetted from the jet port 3a as a jet 11 toward the construction target site, and the construction target 4 is constructed. The irradiation point of the laser beam 10, which is a spot, is covered with a liquid.

噴流噴出ステップにおいて噴流ノズル３の噴射口３ａから噴出した噴流１１は、施工対象４の施工対象箇所に衝突する。施工対象箇所に衝突した噴流１１は、保護カバー５と施工対象４との軸方向の間隙から施工対象箇所の周囲に飛び散り、また周囲に飛び散った後に施工対象箇所近傍の構造物を伝わるなどして飛散液体（液滴）となる。本実施形態における防護ステップは、飛散液体が噴流噴出ステップで噴出させている噴流１１に干渉、すなわち接触することを防ぐステップである。本実施形態においては特に、噴流１１を軸方向に覆う保護カバー５を備えることにより、噴流１１が施工対象４の施工対象箇所に衝突して発生した飛散液体は保護カバー５に当たって流下するため、飛散液体が噴流１１には直接接触しないようにしている。 The jet 11 jetted from the jet port 3a of the jet nozzle 3 in the jet jetting step collides with the construction target portion of the construction target 4. The jet 11 that has collided with the construction target site scatters around the construction target site from the axial gap between the protective cover 5 and the construction target 4, and then propagates through the structure in the vicinity of the construction target site after splashing around. It becomes a scattered liquid (droplet). The protection step in the present embodiment is a step of preventing the scattered liquid from interfering with, ie, contacting, the jet flow 11 ejected in the jet ejection step. Particularly, in the present embodiment, by providing the protective cover 5 that covers the jet 11 in the axial direction, the splash liquid generated by the jet 11 colliding with the construction target portion of the construction target 4 hits the protection cover 5 and flows down, so The liquid is prevented from directly contacting the jet 11.

本実施形態によれば、施工対象４に衝突した噴流１１によって生じる飛散液体の噴流１１への干渉を防ぐことができる。すなわち、噴流１１に飛散液体が干渉して噴流１１の内部の流れが乱れ、噴流１１のポテンシャルコアが縮小あるいは消失してレーザ光の散乱が生じることを防止することができ、レーザ光１０の伝送の不安定化を防ぐことが可能となる。 According to this embodiment, it is possible to prevent the scattered liquid from interfering with the jet 11 caused by the jet 11 colliding with the construction target 4. That is, it is possible to prevent the scattering of the laser light by causing the scattered liquid to interfere with the jet flow 11 to disturb the flow inside the jet flow 11 and reduce or eliminate the potential core of the jet flow 11 to cause the laser light to be scattered. It is possible to prevent the destabilization of.

このように、本実施形態によれば、レーザ光１０を透過させる液体を噴流１１として噴出させてレーザ光１０による各種加工を施工するに際し、噴流１１が施工対象箇所に衝突して生じた飛散液体が噴流１１に干渉することによってレーザ光１０の伝送が不安定化することを防ぎ、気中環境での安定的なレーザ加工の施工が可能となる。 As described above, according to the present embodiment, when the liquid that transmits the laser light 10 is ejected as the jet flow 11 to perform various types of processing by the laser light 10, the jetted liquid 11 is a scattered liquid generated when the jet flow 11 collides with the target site. It is possible to prevent the laser beam 10 from being destabilized due to the interference with the jet flow 11 and to perform stable laser processing in an aerial environment.

さらに、図２ないし図４を用いて本実施形態の変形例についてそれぞれ説明する。図２は本実施形態の第１変形例を示す模式図、図３は本実施形態の第２変形例を示す模式図であり、（ａ）はその側面図、（ｂ）は正面図である。また、図４は本実施形態の第３変形例を示す模式図である。なお、第１変形例ないし第３変形例は、それぞれ単独で適用することはもちろん、適宜組み合わせて適用することも可能である。また、図２ないし図４において、図１と同等な構成要件については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。 Further, modified examples of this embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 4. 2 is a schematic diagram showing a first modified example of the present embodiment, FIG. 3 is a schematic diagram showing a second modified example of the present embodiment, (a) is a side view thereof, and (b) is a front view. .. Further, FIG. 4 is a schematic diagram showing a third modification of the present embodiment. The first modified example to the third modified example can be applied not only individually, but also in an appropriate combination. 2 to 4, the same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

図２（ａ）（ｂ）に示すように、本実施形態の第１変形例においては、保護カバー５をレーザ光１０や噴流１１（噴流ノズル３の噴出口３ａ）の軸方向（噴射方向）に伸縮させる伸縮機構を設け、保護カバー５を伸縮自在となるように構成している。すなわち、この変形例において、噴出ノズル３は噴出口３ａの径方向外側に図示しない噴出口３ａの軸方向に延びる凹部を有し、この凹部内に保護カバー５の噴流ノズル側端部５ａが配置されるように構成される。噴出ノズル３の噴出口３ａの径方向外側に設けられる図示しない凹部の噴射口３ａの中心軸に対する断面形状は、例えば保護カバー５の中心軸に対する断面形状が円筒形状である場合は円筒断面など、保護カバー５を収容できるような形状になっている。さらに、噴流ノズル３には保護カバー駆動装置５ｅが伸縮機構として設けられ、保護カバー５を噴流ノズル３の噴出口３ａの軸方向に移動させることができるように構成される。 As shown in FIGS. 2A and 2B, in the first modified example of the present embodiment, the protective cover 5 is moved in the axial direction (jet direction) of the laser light 10 and the jet 11 (jet port 3a of the jet nozzle 3). An extension mechanism for extending and retracting the protective cover 5 is provided so that the protection cover 5 can extend and contract. That is, in this modified example, the jet nozzle 3 has a recessed portion that extends in the axial direction of the jet outlet 3a (not shown) radially outside the jet outlet 3a, and the jet nozzle side end portion 5a of the protective cover 5 is disposed in this recessed portion. Is configured to be. The cross-sectional shape of the concave portion (not shown) provided outside the jet port 3a of the jet nozzle 3 with respect to the central axis of the jet port 3a is, for example, a cylindrical cross section when the cross-sectional shape with respect to the central axis of the protective cover 5 is cylindrical. It is shaped so as to accommodate the protective cover 5. Further, the jet nozzle 3 is provided with a protective cover driving device 5e as an expansion/contraction mechanism, and is configured so that the protective cover 5 can be moved in the axial direction of the jet outlet 3a of the jet nozzle 3.

このような構成により、噴流ノズル３に設けた保護カバー駆動装置５ｅを駆動して保護カバー５の施工対象４側となる施工対象側端部５ｂの位置を調整する。これにより、噴流１１が施工対象４に衝突して生じる飛散液体による干渉から噴流１１を保護する範囲（あるいは、保護カバー５の施工対象４側となる施工対象側端部５ｂと施工対象４の間の距離）を、例えば噴流ノズル３の噴射口３ａと施工対象４との距離、施工対象４の表面の性状、噴流１１の流量や流速、またレーザ光１０の焦点位置などの種々の施工条件に応じて自由かつ柔軟に調整することが可能となる。 With such a configuration, the protection cover driving device 5e provided on the jet nozzle 3 is driven to adjust the position of the construction target side end 5b of the protection cover 5 on the construction target 4 side. As a result, the range in which the jet 11 is protected from the interference of the splashed liquid generated when the jet 11 collides with the construction target 4 (or between the construction target side end portion 5b on the construction target 4 side of the protective cover 5 and the construction target 4). Is set to various construction conditions such as the distance between the jet port 3a of the jet nozzle 3 and the construction object 4, the surface properties of the construction object 4, the flow rate and flow velocity of the jet 11 and the focal position of the laser beam 10. It is possible to freely and flexibly adjust accordingly.

例えば、噴射口３ａなどの噴流ノズル３の予め定めた部位と施工対象４の施工対象箇所とのレーザ加工の施工中の距離を非接触で計測する距離センサなどを設け、この距離センサで計測した噴流ノズル３から施工対象４までの距離に基づいて、保護カバー５の軸方向の長さを調整するように構成すれば、噴流ノズル３の位置を変えながらレーザ加工を行なう場合でも、飛散液体の噴流１１への干渉をできるだけ小さくすることができる。 For example, a distance sensor that measures the distance between the predetermined portion of the jet nozzle 3 such as the jet port 3a and the construction target portion of the construction target 4 during the laser processing without contact is provided, and the distance sensor measures the distance. If the axial length of the protective cover 5 is adjusted based on the distance from the jet nozzle 3 to the construction object 4, even if laser processing is performed while changing the position of the jet nozzle 3, the scattering liquid The interference with the jet 11 can be minimized.

また、図３（ａ）および（ｂ）に示す実施形態の第２変形例のように、保護カバー５の施工対象４側となる施工対象側端部５ｂに、保護カバー５の施工対象４側となる施工対象側端部５ｂと施工対象４との間隙を保つための接触部材５ｃを噴流１１の外周部の１箇所以上に位置するよう設けてもよい。接触部材５ｃの先端部の形状は、球形状やパラボラ形状など施工対象４に点接触するか接触面積が小さくなるような形状とする。図３のように、接触部材５ｃは保護カバー５の周方向に３箇所など複数（２箇所以上）設けることができるが、接触部材５ｃを複数設ける場合は複数の接触部材５ｃが周方向に間隔をおいて配置されるようにすることが好ましい。また、接触部材５ｃの先端部は軟質材とすることが好ましく、または表面に親水性あるいは疎水性の加工をすることが好ましい。 Further, as in the second modified example of the embodiment shown in FIGS. 3A and 3B, the construction target side end portion 5b which is the construction target 4 side of the protection cover 5 has the construction target 4 side of the protection cover 5. A contact member 5c for maintaining a gap between the construction target side end 5b and the construction target 4 may be provided at one or more locations on the outer peripheral portion of the jet 11. The tip of the contact member 5c has a shape such as a spherical shape or a parabolic shape that makes point contact with the construction target 4 or has a small contact area. As shown in FIG. 3, a plurality of contact members 5c (two or more) can be provided in the circumferential direction of the protective cover 5, but when a plurality of contact members 5c are provided, the plurality of contact members 5c are spaced in the circumferential direction. It is preferable that they are arranged at intervals. The tip of the contact member 5c is preferably made of a soft material, or the surface thereof is preferably processed to be hydrophilic or hydrophobic.

このように保護カバー５の施工対象４側となる施工対象側端部５ｂに接触部材５ｃを設ける場合、レーザ加工の施工中には接触部材５ｃの先端部が施工対象４に点接触し、したがって保護カバー５の施工対象４側となる施工対象側端部５ｂ（すなわち、接触部材５ｃが保護カバー５に取り付けられている部分）は施工対象４の表面に対して予め定められた距離だけ離れた位置に配置される。噴流ノズル３の噴射口から噴出する噴流１１は、施工対象４に衝突した後に飛散液体となり周囲に飛び散るが、保護カバー５の施工対象４側となる施工対象側端部５ｂと施工対象４の表面との間には間隙があるため、この間隙から飛散液体は保護カバー５の外周側まで飛散する。このとき、施工対象４の表面の一部には接触部材５ｃの先端部が接触しているものの、接触部材５ｃの先端部が施工対象４の表面に点接触するか接触面接が小さくなるように構成されていれば、飛散液体が接触部材５ｃにさらに衝突することで噴流１１に影響を与える虞を小さくすることができる。 In this way, when the contact member 5c is provided on the construction target side end portion 5b of the protection cover 5 on the construction target 4 side, the tip end of the contact member 5c makes point contact with the construction target 4 during the construction of the laser processing, and The construction target side end 5b (that is, the portion where the contact member 5c is attached to the protection cover 5) on the construction target 4 side of the protection cover 5 is separated from the surface of the construction target 4 by a predetermined distance. Placed in position. The jet 11 ejected from the jet port of the jet nozzle 3 collides with the construction object 4 and becomes a scattering liquid and scatters around the construction object 4, but the construction target side end portion 5b which is the construction object 4 side of the protective cover 5 and the surface of the construction object 4 Since there is a gap between the protective cover 5 and the protective cover 5, the splash liquid is scattered to the outer peripheral side of the protective cover 5. At this time, although the tip of the contact member 5c is in contact with part of the surface of the construction target 4, the tip of the contact member 5c may be in point contact with the surface of the construction target 4 or the contact surface contact may be small. With this configuration, it is possible to reduce the possibility that the splashed liquid will further collide with the contact member 5c to affect the jet flow 11.

本実施形態の第２変形例によれば、保護カバー５の施工対象４側となる施工対象側端部５ｂと施工対象４の表面との距離を予め定められた距離に保ち、これにより安定的なレーザ加工の施工が可能となる。 According to the 2nd modification of this embodiment, the distance between the construction subject side end 5b which is the construction subject 4 side of the protective cover 5 and the surface of the construction subject 4 is kept at a predetermined distance, and thereby stable. It is possible to perform various laser processing.

さらに図４に示す本実施形態の第３変形例のように、保護カバー５の内周に、レーザ光１０による光の輝度を検出する光センサ５ｄを設ける構成としてもよい。この場合、光センサ５ｄはレーザ光１０および噴流１１の方向に沿って間隔をあけて複数個設けることが好ましく、図４の変形例では、保護カバー５の内周面の噴流１１の方向（すなわち、保護カバー５の長手方向）に沿う上下に、それぞれ位置Ａ〜Ｅの等間隔な５つずつの光センサ５ｄを配置している。なお、保護カバー５がレーザ光１０による光を透過する素材である場合、光センサ５ｄを保護カバー５の外周に配置し、保護カバー５を透過する光の輝度を検出するよう構成しても構わない。 Further, as in the third modified example of the present embodiment shown in FIG. 4, an optical sensor 5d for detecting the brightness of light by the laser light 10 may be provided on the inner circumference of the protective cover 5. In this case, it is preferable to provide a plurality of optical sensors 5d at intervals along the direction of the laser beam 10 and the jet flow 11. In the modification of FIG. 4, the direction of the jet flow 11 on the inner peripheral surface of the protective cover 5 (that is, , Five optical sensors 5d at equal intervals at positions A to E are arranged above and below along the longitudinal direction of the protective cover 5. When the protective cover 5 is a material that transmits the light of the laser light 10, the optical sensor 5d may be arranged on the outer periphery of the protective cover 5 to detect the brightness of the light transmitted through the protective cover 5. Absent.

このような構成により、レーザ加工中、光センサ５ｄを用いて噴流１１内を透過するレーザ光１０によって生じる光の輝度を保護カバー５の長手方向の位置ごとにそれぞれ計測する。そして、この第３変形例においては、光センサ５ｄが検出した輝度値の分布を評価することでレーザ光１０が安定して正常に照射されているかを判定する。 With such a configuration, the brightness of the light generated by the laser light 10 passing through the jet flow 11 is measured for each position in the longitudinal direction of the protective cover 5 using the optical sensor 5d during the laser processing. Then, in the third modification, it is determined whether the laser light 10 is stably and normally irradiated by evaluating the distribution of the brightness value detected by the optical sensor 5d.

この判定の様子を図５を用いて説明する。図５は、レーザ光１０によって生じる光の輝度の保護カバー５の長手方向の輝度分布を示すグラフであり、（ａ）はレーザ光１０が安定して（正常に）照射されているとき、（ｂ）はレーザ光１０が、何らかの異常によりレーザ光１０が正常に照射されていないときを示している。いずれのグラフにおいても、横軸の左側が噴流ノズル３の噴射口３ａ側、右側が施工対象４側を示しており、縦軸は輝度値である。図５中のＡないしＥの点はそれぞれ、図４のＡないしＥの位置に配置された光センサ５ｄの輝度検出値２２であることを表している。 The state of this determination will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a graph showing the luminance distribution in the longitudinal direction of the protective cover 5 of the luminance of the light generated by the laser light 10, and FIG. 5A shows when the laser light 10 is stably (normally) irradiated ( b) shows that the laser beam 10 is not normally irradiated due to some abnormality. In each of the graphs, the left side of the horizontal axis represents the jet port 3a side of the jet nozzle 3, the right side represents the construction target 4 side, and the vertical axis represents the brightness value. Points A to E in FIG. 5 represent the brightness detection values 22 of the photosensors 5d arranged at the positions A to E in FIG. 4, respectively.

図５（ａ）に示すように、レーザ光１０が正常に照射されているときは、光センサ５ｄによるそれぞれの位置における検出輝度値２２は保護カバー５の噴流ノズル側端部５ａから施工対象側端部５ｂにかけてレーザ光１０が収束していくにつれて徐々に上昇し、正常時輝度分布２３は単調増加の関数のような分布となる。 As shown in FIG. 5A, when the laser light 10 is normally irradiated, the detection brightness value 22 at each position by the optical sensor 5d is from the jet nozzle side end 5a of the protective cover 5 to the construction target side. As the laser light 10 converges toward the end 5b, the laser light 10 gradually rises, and the normal-time luminance distribution 23 becomes a distribution like a monotonically increasing function.

一方、レーザ光１０が正常に照射されていない異常時には、例えば、噴流１１が施工対象４に衝突して生じる飛散液体の噴流１１への干渉、レーザ光１０の光軸ずれ、また噴流１１の流量や流速が適正でないことによる噴流１１の乱れ、または噴流１１内の気泡の発生などの事象が生じる。 On the other hand, when the laser light 10 is not normally irradiated, for example, when the jet 11 collides with the construction target 4, the scattered liquid interferes with the jet 11, the optical axis of the laser light 10 shifts, and the flow rate of the jet 11 increases. An event such as turbulence of the jet flow 11 or generation of bubbles in the jet flow 11 due to an improper flow velocity.

これらの事象が生じると、当該事象が生じた部分でレーザ光１０の散乱が生じることにより、図５（ｂ）の位置Ｃのように一部の位置で検出輝度値２２が高くなり、その位置よりも施工対象４側で検出輝度値２２が低くなる傾向が見られる。したがって異常時輝度分布２４は、正常時輝度分布２３のような単調増加関数分布ではなく、極値を有する分布となる。 When these events occur, the laser light 10 is scattered at the part where the event occurs, so that the detected luminance value 22 becomes high at a part of the position such as position C in FIG. It can be seen that the detected luminance value 22 tends to be lower on the construction target 4 side than on the other side. Therefore, the abnormal luminance distribution 24 is not a monotonically increasing function distribution like the normal luminance distribution 23, but has an extreme value.

このように、保護カバー５の長手方向の位置ごとのレーザ光１０によって生じる光の輝度を光センサ５ｄによりそれぞれ計測し、光センサ５ｄが検出した輝度値の分布を評価することで、レーザ光１０が安定して正常に照射されているかを判定することができる。輝度値の分布の評価を行なうに際し、例えば、噴流１１内をレーザ光１０が安定して照射されているときに光センサ５ｄで検出されるべき輝度値に関する保護カバー５の長手方向の分布を予め求めておき、実際に光センサ５ｄで計測された輝度値との比較を行なうなどとすればより正確な判定が可能となる。 As described above, the brightness of the light generated by the laser light 10 at each position in the longitudinal direction of the protective cover 5 is measured by the optical sensor 5d, and the distribution of the brightness values detected by the optical sensor 5d is evaluated, whereby the laser light 10 is evaluated. It is possible to determine whether or not the light is being stably irradiated normally. When evaluating the distribution of brightness values, for example, the distribution in the longitudinal direction of the protective cover 5 relating to the brightness value to be detected by the optical sensor 5d when the laser beam 10 is stably irradiated in the jet 11 is set in advance. If it is obtained and compared with the luminance value actually measured by the optical sensor 5d, a more accurate determination can be made.

なお、図４に示すように保護カバー５の長手方向の位置ごとに上下など複数の光センサ５ｄを配置する場合、位置ごとに複数配置されている光センサ５ｄの検出した輝度値の合計、相加平均や相乗平均など種々の数学的処理を行なった値、あるいは複数の光センサ５ｄのうちの予め定めた代表光センサ５ｄの検出した輝度値をその位置での輝度値とすればよい。 As shown in FIG. 4, when a plurality of optical sensors 5d such as upper and lower are arranged at each position in the longitudinal direction of the protective cover 5, the sum of luminance values detected by the plurality of optical sensors 5d arranged at each position, the phase A value obtained by performing various mathematical processes such as arithmetic mean or geometric mean, or a brightness value detected by a predetermined representative photosensor 5d of the plurality of photosensors 5d may be used as the brightness value at that position.

本発明の実施形態とその変形例を説明したが、これらの実施形態およびその変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態およびその変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiments of the present invention and the modifications thereof have been described, the embodiments and the modifications thereof are presented as examples, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments and their modifications can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the scope of equivalents thereof.

１…レーザ発振器、２…レーザ光伝送装置、２ａ，２ｂ…ミラー、２ｃ…レンズ、３…噴流ノズル、３ａ…噴射口、３ｂ…液体供給配管、３ｃ…透過窓、３ｄ…Ｏリング、３ｅ…押さえリング、４…施工対象、５…保護カバー、５ａ…噴流ノズル側端部、５ｂ…施工対象側端部、５ｃ…接触部材、５ｄ…光センサ、５ｅ…保護カバー駆動装置、６…液体供給源、１０…レーザ光、１１…噴流、２２…検出輝度値、２３…正常時輝度分布、２４…異常時輝度分布。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Laser oscillator, 2... Laser light transmission device, 2a, 2b... Mirror, 2c... Lens, 3... Jet nozzle, 3a... Jet port, 3b... Liquid supply piping, 3c... Transmission window, 3d... O ring, 3e... Holding ring, 4... Construction target, 5... Protective cover, 5a... Jet nozzle side end, 5b... Construction target side end, 5c... Contact member, 5d... Optical sensor, 5e... Protective cover drive device, 6... Liquid supply Source, 10... Laser light, 11... Jet, 22... Detected brightness value, 23... Normal brightness distribution, 24... Abnormal brightness distribution.

Claims

A laser oscillator that oscillates laser light to irradiate the target site,
A jet nozzle that jets the liquid as a jet toward the construction target portion so as to cover the irradiation point of the laser light in the construction target portion with a liquid,
The jet flow of the splashed liquid which is arranged between the jet nozzle and the construction target portion so as to extend in the jet direction of the jet flow and covers at least a part of the jet flow, and which is generated when the jet flow collides with the construction target portion. With a protective cover to prevent interference with
A laser processing apparatus comprising:
The protective cover further includes a plurality of optical sensors that are provided at intervals in the axial direction and that detect the brightness of the light of the laser light.
A laser processing device characterized by the above.

The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the laser light is configured to be coaxially applied to a jet flow ejected from the jet nozzle.

The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising an expansion/contraction mechanism that expands/contracts the protective cover in a jet direction of the jet flow.